张重远等–IJRMMS：共和花岗岩应力和流体压力驱动下断层再活化机制:对注入诱发地震的启示

　　在深部地热开采过程中，工程扰动和水压注入对岩体造成过度干扰，容易诱发地震。中国地质科学院地质力学研究所张重远副研究员团队，聚焦于青海共和干热岩断层的摩擦滑移行为，针对不同粗糙程度的人工锯切断层岩样进行了应力驱动下和注液驱动下的滑移失稳实验（图1，图2），并在实验前后对断层渗透率特征和演化规律进行研究。

　　研究结果表明，应力驱动下，较为光滑的断层表现出先滑移弱化，之后为滑移强化的粘滑特征；而较为粗糙的断层仅表现出滑移强化的特征。基于该特征，对线性滑移弱化摩擦进行了修正，提出了考虑断层连续粘滑和强化过程的摩擦定律（图3）。水力驱动下，由于高应力条件下断层粗糙度差异化压实，导致了断层内孔隙水压力呈现不均匀的超压作用，临界状态下的断层内部水压值超过激活水压后，断层以粘滑的形式发生滑移（图4）。这种超压是由断层径向流中孔隙压力分布的不均匀性决定的，并与渗透率的变化有关。断层的粗糙度影响摩擦系数和渗透率，因此在流体注入诱发地震中发挥着重要的控制作用。因此，在对断层注液诱发地震的风险进行评估时，除考虑断层的应力状态、角度、摩擦系数外，还应考虑断层差异性渗透率的影响。研究成果不仅为地热能的安全开发提供了宝贵的科学依据，也为预防和减轻工程活动引发的地震风险提供了实用的策略指导。这些发现对于优化地热开采流程、提高地热资源安全开发可持续性具有重要的理论和实践价值。

　　该研究成果近期发表在岩石力学领域权威期刊International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences上（Zhang, C., Fan, D., Elsworth, D., He, M., Zhao, X., Zhu, C., Zhang, H., 2024. Mechanisms of stress- and fluid-pressure-driven fault reactivation in Gonghe granite: Implications for injection-induced earthquakes. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 174, 105642. Doi:10.1016/j.ijrmms.2024.105642）。研究工作得到国家自然科学基金项目(42177175, 41807222, 41941018)、基本科研业务费（DZLXJK202204）以及地质调查项目 (DD20190138, DD20221660)等联合资助。

　　 

　　图1岩石样品和试验装置示意图

　　  

　　

　　 

　　图2 应力和流体压力驱动的断层滑移实验结果

　　 

　　图3 应力驱动下断层滑移机制

　　 

　　图4 流体压力驱动下断层滑移机制